Fernando Squeff Nora, TSA 1 INTRODUÇÃO

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1 Rev Bras Anestesiol ARTIGO DIVERSO 2008; 58: 2: MISCELLANEOUS Anestesia Venosa Total em Regime de Infusão Alvo-Controlada. Uma Análise Evolutiva Total Intravenous Anesthesia as a Target-Controlled Infusion. An Evolutive Analysis Fernando Squeff Nora, TSA 1 RESUMO Nora FS Anestesia Venosa Total em Regime de Infusão Alvo-Controlada. Uma Análise Evolutiva. JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: A anestesia venosa total (AVT) sofreu diversos avanços desde o início da utilização da técnica. Desde a síntese dos primeiros anestésicos venosos, com a introdução dos barbitúricos (1921) e do tiopental (1934), a AVT evoluiu até o desenvolvimento da AVT com auxílio de bombas com infusão alvocontrolada (IAC). O primeiro modelo farmacocinético para uso em IAC foi descrito por Schwilden em Foi demonstrado, a partir daí, que era possível manter a concentração plasmática desejada de um fármaco utilizando-se bomba de infusão gerenciada por computador. CONTEÚDO: Este artigo visou a descrever as bases teóricas da IAC, a apresentar uma proposta de desenvolvimento de um vocabulário comum em IAC ainda não publicado no Brasil e a fazer uma análise crítica dos aspectos atuais da IAC no mundo e no Brasil. CONCLUSÕES: A chegada de novas bombas de infusão dotadas dos modelos farmacocinéticos do remifentanil, sufentanil e propofol inaugura outro capítulo da AVT e alinha o Brasil com a tendência mundial em IAC. Esses sistemas possibilitarão a IAC de hipnóticos e opióides concomitantemente. A conclusão mais importante, no entanto, refere-se à economia à medida que os fármacos utilizados nessas bombas não ficarão restritos apenas a uma empresa farmacêutica, a exemplo do que ocorreu com o propofol. Hoje já se dispõe de equipamentos para utilização de propofol e opióides, em IAC, que aceitam qualquer apresentação farmacêutica com a vantagem da possibilidade de alteração da concentração do fármaco na seringa, de acordo com a diluição desejada. Unitermos: ANESTESIA, Geral: venosa. SUMMARY Nora FS Total Intravenous Anesthesia as a Target-Controlled Infusion. An Evolutive Analysis. BACKGROUND AND DOBJECTIVES: Total intravenous anesthesia (TIVA) has seen several developments since it was first used. Since the synthesis of the first intravenous anesthetics, with the introduction of barbiturates (1921) and thiopental (1934), TIVA has evolved until the development of TIVA with target-controlled infusion pumps (TCI). The first pharmacokinetic model for the use of TCI was described by Schwilden in From that moment on, it was demonstrated that it is possible to maintain the desired plasma concentration of a drug using an infusion pump managed by a computer. CONTENTS: The objective of this report was to describe the theoretical bases of TCI, propose the development of a common TCI vocabulary, which has not been done in Brazil and make a critical analysis of the current aspects of TCI in the world and in Brazil. CONCLUSIONS: The advent of new infusion pumps with pharmacokinetic models of remifentanil, sufentanil and propofol opens a new chapter in TIVA and aligns Brazil with the world tendency in TCI. Those systems will allow TCI of hypnotics and opioids concomitantly. However, the most important conclusion refers to the economy, since drugs used in those pumps will not be restricted to only one drug company, similar to what happened with propofol. Nowadays, TCI devices for the use of propofol and opioids, which accept any pharmaceutical presentation, with the advantage of changing the concentration of the drug in the syringe according to the dilution desired are available. Key Words: ANESTHESIA, General: intravenous. INTRODUÇÃO 1. Presidente da CE/TSA da SBA/2007 Apresentado (Submitted) em 26 de fevereiro de 2007 Aceito (Accepted) para publicação em 21 de dezembro de 2007 Endereço para correspondência (Correspondence to) Dr. Fernando Squeff Nora Rua Almirante Abreu, 235 Rio Branco Porto Alegre, RS fernandosqueff@terra.com.br Sociedade Brasileira de Anestesiologia, 2008 A concepção de injetar medicamentos na corrente sangüínea iniciou-se em meados do século XVII com Christopher Wren e Daniel Johann Major 1. Wren dissolveu ópio em água e injetou a solução em um cão. Há relatos adicionais de experiências semelhantes, em que os cães corriam e urinavam horas a fio e por vezes faleciam. Em 1845 e 1853 foram inventadas, respectivamente, a agulha por Francis Rynd e a seringa por Charles Gabriel Pravz 2. Essas ferramentas essenciais abriram caminho para Pierre-Cyprien Oré que, em 1875, descreveu 36 casos envolvendo o uso de hidrato de cloral por via venosa 3. Estava descrito o primeiro relato de anestesia venosa. Revista Brasileira de Anestesiologia 179

2 NORA Desde a síntese dos primeiros anestésicos venosos, com a introdução dos barbitúricos em 1921 e do tiopental em 1934, a anestesia venosa passou por diversas etapas. Nessa época, as opções farmacológicas e os conhecimentos a respeito das vias e dos sistemas de administração, a biodisponibilidade, o início e o término de ação, metabolismo e excreção dos fármacos venosos eram escassos. Vários medicamentos para uso por via venosa foram sintetizados desde então, entre eles podemos citar os bloqueadores neuromusculares e os opióides (a morfina foi sintetizada em 1803 por Serturner) 4, além de agentes hipnóticos, como o propofol (1970 Glen), o etomidato (1974 Doenicke) e o midazolam (1976 Fryer e Walser) 4. O propofol foi utilizado clinicamente na Europa, pela primeira vez, em 1983 por Nigel Kay em Oxford 5-7. As descrições do perfil farmacocinético dos fármacos venosos, cujos estudos já tinham se iniciado desde 1950 com Brodie e col., em Nova York e por Kety na Filadélfia, traçaram as bases para a utilização de cada um desses medicamentos 8. Em 1960, Price e col. descreveram o modelo fisiológico de distribuição do tiopental 9. Isso fez surgir as primeiras publicações ressaltando as vantagens da administração contínua dos fármacos venosos quando comparadas com o uso em bolus ou em bolus intermitente. Entre algumas dessas vantagens está a possibilidade de se evitar flutuações nas concentrações plasmáticas dos fármacos administrados 9. Em 1968, Bischoff e Dedrick elaboraram um modelo farmacocinético com a inclusão do conceito de que a influência do metabolismo hepático, do fluxo entre os tecidos e da ligação protéica poderia ocasionar alterações importantes no resultado clínico 10. Surgiram, então, os conceitos de modelo não-compartimental de Yamaoka e col., em Paralelamente ao surgimento desses novos conceitos, mas sobretudo após 1980 com a síntese do propofol, iniciaram-se as pesquisas visando à utilização contínua de fármacos venosos em anestesia. O conceito de efeito compartimento, que descrevia que um fármaco atuava na sua biofase ou em um local específico de ação e não no plasma, onde era depositado, é de 1978 e foi descrito por Hull e col. 12. Por meio dessas descobertas é que foram desenvolvidos os primeiros manuais de infusão contínua. Um problema ainda precisava ser resolvido, pois o delineamento de um regime de infusão apropriado dependia do conhecimento da concentração plasmática resultante após o fármaco ser administrado. A observação de que o fármaco administrado em uma veia periférica tinha um retardo até o início de ação gerou o primeiro impasse na administração contínua de fármacos venosos e determinou a descrição de dois conceitos: volume de distribuição e ponto de equilíbrio ou Steady State 12. A solução proposta por Boyes e col., em 1970, foi administrar uma dose de ataque 13. Quase sempre essa dose inicial resultava em concentrações plasmáticas demasiadamente elevadas. Então, em 1974, Wagner sugeriu um regime de infusão duplo 14,15. Postulava-se a utilização de uma dose inicial e, após algum tempo, diminuía-se a dose de manutenção. Já em 1969, havia sido proposta por Kruger-Thiemer uma técnica de infusão que utilizava dose em bolus, seguida de regime de infusão que variava gradativamente de acordo com a passagem do tempo 16. Esse modelo foi modificado por diversos outros autores até ser denominado BET 17-19, onde o B representava a dose em bolus, E a quantidade de fármaco eliminado e T a quantidade de fármaco transferido para outros tecidos. Esse esquema chegou até a equipar algumas bombas de infusão assistidas por computador, mas necessitava, na maioria das vezes, do auxílio de cálculos manuais que eram realizados pelo anestesiologista. Ausems e col., em um ensaio clínico de 1980, demonstraram pela primeira vez que a necessidade de alfentanil poderia variar na dependência direta de cada paciente de acordo com a intensidade e tipo de estímulo nociceptivo 20,21. Esses autores basearam os estudos na anestesia inalatória cuja potência era determinada por múltiplos da CAM, de acordo com a intensidade do estímulo a ser bloqueado. Esse foi o marco para a realização de diversos outros estudos que tentavam mostrar que a necessidade de fármacos durante o ato cirúrgico poderia ser variável e de acordo com a intensidade do estímulo. White, Doze, Sear e col., entre outros, publicaram diversos trabalhos demonstrando que a administração de anestésicos venosos ou inalatórios em velocidades variáveis seria mais vantajosa do que fixar uma única velocidade de administração durante todo o tempo As primeiras AVT com propofol, no Brasil, foram feitas a partir de 1989, por meio do auxílio de dispositivos de infusão que necessitavam de diversos cálculos. Os primeiros resultados foram conflitantes e pouco confiáveis. Medir ou inferir a concentração final de um fármaco venoso no plasma ou em seu local de ação era um sonho no Brasil e no mundo, embora a partir de 1981 já se soubesse que a ação do medicamento ocorria no local efetor e não no plasma, onde o fármaco é efetivamente depositado. O primeiro modelo farmacocinético descrito para infusão em regime alvo-controlado foi descrito por Schwilden em Demonstrou-se, assim, que era possível manter a concentração plasmática desejada de um fármaco utilizando-se uma bomba de infusão gerenciada por um computador 27. Para isso, foi utilizado um modelo farmacocinético de um fármaco que já havia sido descrito e publicado anteriormente. Surgia, dessa forma, o conceito que gerou a definição do termo Infusão Alvo-Controlada (IAC) como é conhecida atualmente. A partir da utilização da AVT, com auxílio de equipamentos que permitiam a IAC foi que, em 1991, Shafer e Varvel 28 explicaram pela primeira vez que a velocidade de declínio de alfentanil, sufentanil e fentanil, no local efetor, dependia do tempo de infusão. Por meio da análise das curvas de recuperação desses fármacos, eles determinaram que havia uma dependência no declínio das concentrações e que essa diminuição estava relacionada com o tempo em que esses analgésicos eram administrados, além das caracte- 180 Revista Brasileira de Anestesiologia

3 ANESTESIA VENOSA TOTAL EM REGIME DE INFUSÃO ALVO-CONTROLADA. UMA ANÁLISE EVOLUTIVA rísticas farmacológicas específicas de cada um deles 28. Assim, Hugues e col. descreveram o termo meia-vida contexto-dependente para diferenciar o término de ação de um fármaco utilizado em infusão contínua daquele utilizado em bolus 29. Este artigo teve como objetivo relatar as bases teóricas da IAC, descrever uma proposta de desenvolvimento de um vocabulário comum em IAC ainda não publicado no Brasil e fazer uma análise crítica dos aspectos atuais da IAC no mundo e no Brasil. CONCEITOS MAIS UTILIZADOS EM IAC À medida que a técnica de IAC de anestésicos tornou-se mais popular, diversos conceitos foram introduzidos. Por isso, são descritos a seguir os mais utilizados em AVT com IAC. De acordo com a teoria do modelo tricompartimental, o organismo humano pode ser dividido, para fins didáticos, em três compartimentos distintos nos quais os medicamentos são administrados. É a partir desse raciocínio que a maioria dos autores tem descrito a dispersão de um fármaco no organismo. Um dos conceitos mais importantes em AVT é o da concentração. A definição de concentração pode ser exemplificada pela fórmula: Concentração = Dose ou Massa/Volume. Para melhor compreensão da definição de concentração basta imaginar um copo de água onde é adicionado um soluto qualquer, como um sal, por exemplo. Quando o sal é diluído dentro de meio copo de água, o número de partículas de sal para cada mililitro de água será maior que a mesma quantidade ou dose de sal em um copo de água cheio. A quantidade de sal é o que se denomina dose ou massa. O número de partículas resultantes, por mililitro de água diluído dentro do copo, determina a concentração. O copo de água é o análogo do volume do compartimento, ou seja, o volume que dilui o fármaco administrado. Como o fármaco é carreado pelo sangue para cada compartimento corporal, o fluxo de entrada e saída do medicamento para cada um desses compartimentos determina a concentração. Portanto, os locais de maior débito cardíaco recebem o medicamento com mais rapidez e em um primeiro momento. Encéfalo, rins, fígado, baço, coração, pulmões e glândulas endócrinas são os primeiros locais a receberem os fármacos administrados e são chamados de compartimento 1 ou central. Desses locais, os fármacos se distribuem para os músculos denominados compartimento 2 e, desses, para a gordura denominada compartimento 3. À medida que ocorre passagem do fármaco entre um compartimento e outro, por diferença de concentração, pode-se determinar constantes de trânsito entre um compartimento e outro. Quando um fármaco é administrado por meio de uma veia periférica, em uma determinada dose, em mg.kg -1 ou em µg.kg -1, obtém-se um efeito que será maior ou menor de acordo com o volume que diluir essa massa de medicamento. Um efeito desejado ou indesejado depende muito mais da concentração final e livre do fármaco do que da dose inicial administrada. Quando um fármaco é administrado cria-se uma concentração em determinado período de tempo, gerando um efeito. Quando o efeito guarda uma relação estreita com a concentração, pode-se calcular o regime de infusão necessário para obter-se um efeito clínico desejado e previamente programado. Por exemplo, uma concentração plasmática de alfentanil de 475 ng.ml -1 bloqueia a resposta a intubação traqueal em 50% dos casos (Cp50) 30. Essa concentração pode ser obtida por um regime de infusão contínuo previamente calculado. Assim, a concentração plasmática do alfentanil necessária para a supressão da resposta nociceptiva está descrita para os diferentes tipos de procedimentos cirúrgicos. Para intervenção cirúrgica mamária, abdominal baixa, alta e para o retorno da ventilação espontânea as Cp50 de alfentanil descritas são, respectivamente, de 270, 309, 413 e 233 ng.ml O mesmo ocorre com o propofol e outros opióides, podendo os efeitos decorrentes das diferentes concentrações serem calculados e previstos 31, A limitação da técnica depende da intensidade do estímulo gerado pela manipulação de cada cirurgião, distorção farmacológica em manter a concentração prevista próximo da medida real, alterações do volume do compartimento central, erro na entrega do fármaco por parte da bomba de infusão e desconexão ou perda do acesso venoso. BIOFASE OU LOCAL DE AÇÃO É o local onde os fármacos exercem as suas ações, sejam elas desejadas ou não. Esses locais, em geral, são receptores com barreiras biológicas determinadas por membranas protéicas. Isso faz com que os anestésicos venosos, em sua maioria, sejam lipoprotéicos a fim de ultrapassarem essas barreiras com mais rapidez para exercer a ação. Há, portanto, um retardo ou uma latência entre a administração inicial de um fármaco e o aparecimento dos primeiros efeitos. Isso ocorre porque o fármaco precisa sair do plasma, local onde é depositado por meio de uma veia periférica e chegar até a molécula do receptor. Esse tempo será maior quanto menor a velocidade de passagem do medicamento do plasma para o receptor. Daí o termo: Ke0. De todas as variáveis de velocidade de passagens entre um compartimento e outro, o Ke0 é o mais importante, pois ele determina a velocidade na qual um fármaco deixa o compartimento central, onde foi administrado, e entra no compartimento de ação. Quanto maior o Ke0, maior a velocidade de entrada de um fármaco no compartimento de ação. Por conseguinte, menor será o tempo gasto para que isso ocorra. Assim, fármacos com T1/2 Ke0 curtos possuem Ke0 altos e início de ação rápido. Por meio da manipulação do valor de Ke0 atribuído a um modelo farmacocinético de um medicamento é possível alterar o tempo de início de ação deste. Por exemplo, quan- Revista Brasileira de Anestesiologia 181

4 NORA do se utiliza uma bomba de IAC que tem um Ke0 alto na descrição do modelo utilizado, o início de ação do fármaco será mais rápido porque essa variável é utilizada no cálculo da dose em bolus que a bomba vai administrar. Em conseqüência, esse sistema fará uma indução mais rápida, mas utilizará uma dose maior de medicamento, durante a indução. A probabilidade de hipotensão arterial, quando se utiliza esse sistema com o propofol, por exemplo, será maior. Se o software que gerencia o modelo tiver um Ke0 mais baixo, o cálculo da dose em bolus será menor e a indução, mais lenta, diminuindo a intensidade e a probabilidade de efeitos colaterais, como a hipotensão arterial 32. A maioria dos modelos farmacocinéticos de fármacos venosos busca descrever um Ke0 dentro do limite da razoabilidade, ou seja, algo que ofereça indução rápida associada a menor incidência possível de efeitos colaterais resultantes da dose de indução calculada. HISTERESE É o tempo para que um fármaco atinja o equilíbrio entre a concentração plasmática e o local efetor ou biofase. Por definição farmacológica, o equilíbrio entre os compartimentos plasmático e o local efetor, para fármacos venosos, corresponde a 4,32 meias-vidas do fármaco. Assim, o produto T1/2Ke0 4,32 corresponde ao tempo de equilíbrio entre o compartimento plasmático e o local efetor. O tempo de histerese do propofol pode ser calculado de acordo com a T1/2Ke0 (meia-vida de equilíbrio) que é de 2,4 minutos. Significa que as concentrações plasmáticas e no local efetor de propofol estarão em equilíbrio, após um regime de administração contínuo, em torno de 12 minutos. Uma bomba de infusão dotada de um mecanismo de gerenciamento de IAC de propofol, regulada para manter um alvo plasmático de 4 µg.ml -1, somente alcançará essa mesma concentração no local efetor, após decorrido um tempo em torno de 12 minutos após o início da infusão. Esse tempo será menor para os fármacos cujo T1/2Ke0 for menor. Por exemplo, alfentanil e remifentanil possuem T1/2 Ke0 de apenas 1 minuto. São exemplos de opióides adequados para indução rápida. Uma forma de diminuir o tempo de equilíbrio entre os compartimentos plasmático e efetor é aumentar a dose de indução utilizada em bolus quando a bomba inicia a infusão. Toda bomba de IAC utiliza um cálculo inicial para administrar a primeira dose de ataque. Essa dose é obtida pelo produto entre o volume de distribuição do medicamento, no compartimento central (Vdss), e o alvo plasmático escolhido pelo anestesiologista. Assim, quando é determinada uma IAC de propofol, com um alvo inicial de 4 µg.ml -1, a dose inicial a ser administrada pelo sistema será 4 Vdss do propofol. Ou seja: 4 17 ou 20 = 68 a 80 µg.ml -1. O Vdss do propofol varia de acordo com o modelo descrito, entre 17 e 20 litros. A dose de manutenção é estabelecida por meio de cálculos mais complexos 33, COMPARTIMENTO CENTRAL É o local onde o fármaco é depositado inicialmente. É responsável pela determinação da concentração plasmática, quando uma dose ou massa de um anestésico é utilizada. Quanto maior o compartimento central, menor a concentração final, desde que mantida a mesma dose. Crianças têm compartimento central maior que adultos e maior ainda que idosos. Esse é o motivo pelo qual se recomenda a utilização de doses maiores na criança, quando comparadas com o adulto e com o idoso. TERCEIRO COMPARTIMENTO Responsável pela captação do anestésico, em geral lipossolúvel, pois esse compartimento é representado pela gordura. Esse compartimento é o responsável por elevar a probabilidade de acúmulo de fármacos, após infusão contínua. O propofol possui um elevado volume de distribuição no terceiro compartimento e tem forte tendência a acumular-se durante infusão contínua. Esse problema é minimizado pela alta velocidade de metabolismo que o propofol apresenta. O fármaco ideal para infusão contínua, entre outras características, deve ter um pequeno volume no terceiro compartimento. MEIA-VIDA CONTEXTO-DEPENDENTE Determina o tempo para que ocorra a diminuição da concentração plasmática de um fármaco, para a metade do valor em que este se encontrava durante a infusão, a partir do momento em que a administração for interrompida. A partir do ponto de equilíbrio entre concentração plasmática e no local efetor, é possível determinar em quanto tempo um fármaco deverá alcançar a metade da concentração plasmática que ele mantinha, quando a administração foi interrompida. Esse conceito é muito importante em IAC, pois faz com que um sistema dotado das variáveis farmacológicas necessárias para esse cálculo possa inferir o tempo de despertar ou de retorno à ventilação espontânea, de acordo com o cálculo da concentração prevista a cada momento. As limitações desse cálculo variam diretamente com a margem de erro do modelo, uma vez que este não mede a concentração diretamente no plasma, apenas faz uma inferência com base em cálculos matemáticos. Ainda, características do fármaco e do paciente, bem como a associação com outros fármacos, podem alterar o resultado clínico observado ou esperado. JANELA TERAPÊUTICA É a concentração plasmática em que o fármaco que está sendo administrado situa-se entre Cp50 (concentração plasmática onde o fármaco exerce a sua função em 50% dos casos) e Cp95 (concentração plasmática onde fármaco exerce a sua função em 95% dos casos). O conceito de ja- 182 Revista Brasileira de Anestesiologia

5 ANESTESIA VENOSA TOTAL EM REGIME DE INFUSÃO ALVO-CONTROLADA. UMA ANÁLISE EVOLUTIVA nela terapêutica foi introduzido para explicar que a dose de fármacos administrados, em anestesia, não deve ser tão elevada ao ponto dos efeitos colaterais serem tão intensos e nem tão baixa a ponto de aumentar o risco de não serem suficientes para a ação a que foram propostos. É o conceito de Q.S.P. (quantum satis per), ou seja, um medicamento, preferencialmente, deve ser administrado em dose suficiente para exercer o efeito desejado, nem mais nem menos. Uma anestesia geral com hipnóticos e opióides poderá ser realizada por meio de uma grande variedade de combinações, entre elas: 1) concentração elevada de hipnótico + concentração baixa de opióide; 2) concentração média de hipnótico e de opióide (efeito sinérgico máximo entre ambos); e 3) concentração baixa de hipnótico + concentração elevada de opióide 40. Diversos trabalhos descreveram a janela terapêutica para o propofol, quando associado aos diversos opióides 41,42. O pioneiro, talvez, tenha sido um estudo de Vuyk J e col., de 1997, que descreveram a janela terapêutica do propofol, quando associado ao fentanil, alfentanil ou sufentanil 42. A concentração de propofol, em µg.ml -1, no local efetor, onde foram descritos os melhores tempos de recuperação quando ele foi administrado junto com o fentanil ou alfentanil ou sufentanil foram, respectivamente, 3,7, 3,5 e 3,3. As concentrações, em ng.ml -1, de fentanil, alfentanil e sufentanil foram mantidas, respectivamente, em 2,1, 85 e 0, Estudos envolvendo a utilização de propofol e remifentanil foram descritos mais tarde 43,44. Durante procedimento cirúrgico-abdominal em pacientes recebendo propofol e óxido nitroso, associado ao remifentanil, a concentração sangüínea necessária de remifentanil para a obtenção de bloqueio da resposta somática, em 50% dos pacientes, variou entre 4,1 e 7,5 ng.ml -1. A recuperação ocorria quando a concentração de remifentanil alcançava 0,86 ng.ml -1 43,44. Já as concentrações ideais de propofol e remifentanil, descritas por Vuyk J, foram, respectivamente, de 2,5 µg.ml -1 e 4,8 ng.ml FORMAS DE INFUSÃO DOS FÁRMACOS VENOSOS Bolus Quando um fármaco é administrado em bolus, cria-se, em curto espaço de tempo, uma concentração acima da necessária para gerar o efeito desejado. Após, segue-se um período em que a concentração declina com rapidez até alcançar concentrações plasmáticas abaixo das quais não há mais efeito clínico. Um fármaco administrado em bolus tem o início e o término de ação igualmente rápidos. Isso ocorre, sobretudo, pela redistribuição do fármaco para compartimentos corporais onde não exercem o efeito desejado. Por exemplo, o propofol administrado em bolus, na dose de 2,5 mg.kg -1, atinge uma concentração plasmática quatro a cinco vezes maior que a necessária para induzir hipnose em paciente adulto. A concentração no local efetor de propofol, necessária para indução de inconsciência, tem sido descrita por diversos autores e varia entre 1,1 e 4,7 µg.ml Da mesma forma que a hipnose ocorre com rapidez, os efeitos colaterais também aparecem como conseqüência da sobredose inicial a que o paciente foi submetido. Assim, dentre as desvantagens da administração de fármacos venosos em bolus, pode-se citar o aumento da incidência de efeitos colaterais gerados pela elevada concentração. Após a administração de medicamento na corrente circulatória há duas fases de distribuição e uma fase de eliminação, para fármacos administrados em bolus. As duas fases de distribuição são a inicial e a tardia, denominadas, respectivamente, de distribuição rápida e lenta. A fase de eliminação é responsável pela depuração do fármaco do organismo e ela depende dos processos fisiológicos de depuração, metabolismo e excreção. Cada uma das fases de distribuição determina, respectivamente, uma meia-vida. Assim, estão descritas três meias-vidas para os fármacos venosos: meia-vida de distribuição rápida, lenta e de eliminação. A meia-vida de eliminação é calculada a partir do momento em que o fármaco começa a ser metabolizado. Como o efeito clínico depende da redistribuição para outros tecidos que não exercem ação, a correlação da meia-vida de eliminação com o tempo de ação do fármaco, observado na clínica diária, não coincide com o que está descrito pela literatura. Por isto, atualmente, recomenda-se a utilização da meia-vida de eliminação apenas para fármacos utilizados em dose única ou bolus. Infusão Contínua Quando o fármaco é administrado em infusão contínua, obtém-se concentração plasmática constante, pois à medida que o fármaco sofre redistribuição e metabolização, nova oferta de fármaco está sendo realizada, mantendo-se, assim, a concentração plasmática desejada ou próxima dela. A infusão contínua de fármacos venosos pode ser realizada de duas formas. A primeira, com auxílio de bomba de infusão manual. Nessa situação, as doses a serem utilizadas são calculadas pelo anestesiologista que regula a bomba de acordo com a necessidade. As limitações dessa técnica são as variações geradas nas concentrações plasmáticas dos fármacos e a tendência, caso a infusão não seja alterada, ao acúmulo de fármacos, podendo levar a resultados menos previsíveis. A segunda, com auxílio de bomba de infusão dotada de um sistema de IAC. Nesse caso, apenas a concentração-alvo desejada é informada à bomba que, por meio de sistema computadorizado contendo o modelo farmacocinético do fármaco, controla a dose a ser administrada de acordo com as mudanças de alvo informadas pelo anestesiologista. Um modelo farmacocinético é a descrição da identidade do fármaco, pois é ele quem descreve quais as velocidades de passagem entre os compartimentos corporais, metabolismo e Ke0, entre outras informações. As principais limitações da técnica são: a necessidade de estar familiarizado com as concentrações plasmáticas e no local efetor, necessárias para cada fármaco; a margem de erro do modelo farmacocinético incorporado na bomba e o monopólio de empresas que produzem apresentações comerciais de fármacos para uso exclusivo. Revista Brasileira de Anestesiologia 183

6 NORA Atualmente, já estão disponíveis no Brasil, bombas de IAC de propofol (com dois modelos disponíveis: Marsh e Schnider), sufentanil e remifentanil que trabalham com qualquer preparação comercial desses medicamentos, além de permitir alterações nas concentrações dos mesmos de acordo com a diluição preferida pelo anestesiologista. CRITÉRIOS PARA A DESCRIÇÃO DE UM MODELO FARMACOCINÉTICO Modelo farmacocinético é a descrição dos atributos farmacocinéticos de um fármaco. É descrito de acordo com uma variável farmacocinética que esteja intimamente relacionada com um desfecho clínico. Por exemplo, relação entre Ke0 e início de ação. Por meio dessas características são apresentados os padrões de comportamento de um fármaco no corpo humano. Se o Ke0 for rápido, o início de ação terá o mesmo comportamento. Atualmente, conforme descrito por Servin F e col. existem seis critérios recomendados e que devem ser publicados para que um modelo seja considerado confiável e, assim, possa ser incorporado a uma bomba de IAC para uso clínico. São eles: 1) critérios utilizados para a seleção do modelo farmacocinético; 2) critérios para a definição da população de pacientes; 3) critérios para a definição de um modelo de local de efeito; 4) critérios para a seleção da concentração-alvo a ser utilizada com cada fármaco; 5) critérios para a seleção do tempo para alcançar a concentração-alvo desejada e 6) critérios para a seleção da concentração de despertar 48. O comportamento farmacocinético do fármaco deve ser linear com a faixa terapêutica, deûnida por doses que foram aprovadas para uso clínico. 1. Critérios para a seleção do modelo farmacocinético O modelo, adaptado para representar uma amostra da população (adulto ou pediátrico), deve ser publicado em revista reconhecida no meio. Idealmente, o modelo deve surgir de estudos que representem a população de forma caracterizada (idade, peso, sexo, altura, índice de massa corporal). O modelo deve ser validado para estudos específicos de infusão venosa contínua, com índices de desempenho aceitáveis (viés < 30%), mostrando elementos objetivos para a manutenção de determinado alvo. 2. Critérios para definição da população de pacientes Características dos pacientes (idade, peso, índice de massa corporal, altura, sexo). Forma de comportamento da infusão com insuficiência hepática, renal e cardíaca. Como será o comportamento da IAC com fatores associados, como a medicação pré-anestésica, outros fármacos administrados em conjunto e tratamentos paralelos que possam interferir (opióides, inibidores ou aceleradores enzimáticos). Tipo de aplicabilidade do anestésico: determinar a duração de infusão permitida e uso ou não em sedação e em unidades de terapia intensiva. 3. Critérios para definição de um modelo e local de efeito O Ke0 deve ser validado simultaneamente com o correspondente modelo farmacocinético. Ke0 pode ser determinado a partir de um efeito farmacodinâmico mensurável de um anestésico, como, por exemplo, a resposta eletroencefalográfica cortical (índice bispectral, freqüência média, potencial evocado, etc.). É recomendável que o modelo farmacocinético, com a respectiva equivalência farmacodinâmica que contém um valor de Ke0, seja validado em estudos realizados com infusão contínua e nas populações de pacientes nas quais os modelos estão sendo testados. 4. Critérios para seleção das concentrações-alvo As faixas de concentrações utilizadas devem ser estabelecidas por meio de estudos feitos em vários campos da anestesia: anestesia profunda ou superficial, sedação com ventilação espontânea ou controlada, etc. Tipo de paciente: jovem, idoso, debilitado, tipo de intervenção cirúrgica (variabilidade de estímulos cirúrgicos). Momento do procedimento cirúrgico: incisão, intubação, fechamento da pele, manutenção, esternotomia, tração peritoneal. 5. Critérios para seleção do tempo para alcançar a concentração-alvo O tempo necessário para obter a concentração-alvo desejada pode ser escolhido de acordo com o tipo de paciente. O alcance da concentração-alvo deve possibilitar o controle gradual, para que ela possa ser obtida mais lentamente em pacientes idosos ou debilitados. 6. Critérios para seleção da concentração de despertar A concentração de despertar deve possibilitar a regulagem na bomba de infusão de acordo com os valores obtidos pela média populacional nos trabalhos publicados, levando-se em conta a interação farmacológica utilizada em cada um. Assim, deve ser possível alterar esse valor de acordo com o comportamento de cada paciente. MARGENS DE SEGURANÇA DE UM MODELO FARMACOCINÉTICO PARA IAC DE ANESTÉSICOS Para determinar a segurança dos modelos farmacocinéticos incorporados nas bombas de IAC, diversos estudos clínicos foram realizados 49. Nesses estudos, foram medidas e publicadas três variáveis: MDAPE média de performance absoluta de erro representa o percentual de erro existente entre a concentração prevista e a medida no plasma; MDPE média de performance de erro que mede se a concentração prevista pelo sistema de infusão está superestimando ou subestimando a concentração medida ou real; e o Wobble que mede se o sistema é capaz de manter a concentração-alvo de forma estável 49. O ideal seria um MDAPE = 0, pois significaria uma performance perfeita. Nenhum modelo comercialmente disponível para IAC alcançou essa meta até o momento. A MDPE informa apenas se está ha- 184 Revista Brasileira de Anestesiologia

7 TOTAL INTRAVENOUS ANESTHESIA AS A TARGET-CONTROLLED INFUSION. AN EVOLUTIVE ANALYSIS vendo uma tendência do modelo farmacocinético em gerar concentrações maiores ou menores que as previstas, podendo ser: MDPE ou +MDPE 49. Estudos individualizando cada modelo para cada medicamento foram realizados. Com as bombas de IAC de propofol (utiliza o modelo farmacocinético descrito por Marsh 54 ), a maioria dos trabalhos aponta para erros em torno de 25% a 30% Quando outros modelos de propofol em IAC foram testados, os resultados não foram tão bons. Para os modelos descritos por Gepts 52, Tackley 56 e Dyck 57, as margens de erro foram, respectivamente, de 29%, 49% e 20%. Um novo modelo de IAC para o propofol, descrito por Schnider e col., já disponível no Brasil, apresentou uma performance de erro que variou entre 7% e 19%, em pacientes adultos 50. Modelos de IAC para sufentanil e remifentanil já estão disponíveis no Brasil. Diversos estudos foram publicados descrevendo os desempenhos dos dois anestésicos em IAC, durante a utilização de vários modelos farmacocinéticos Para o sufentanil, em pacientes adultos, e alguns em intervenção cirúrgica cardíaca 61,63, a média da performance de erro situou-se entre 11% e 30% e para pacientes obesos ficou entre 18% e 29% 56,64. As concentrações-alvo mais utilizadas de sufentanil, em procedimento cirúrgico cardíaco, variaram entre 0,4 e 2 ng.ml -1, enquanto em procedimento cirúrgico não-cardíaco variaram entre 0,15 e 0,6 ng.ml Da mesma forma, concentrações plasmáticas ao redor de 0,2 ng.ml -1 possibilitaram o retorno da ventilação espontânea na maioria dos pacientes 65. Para o remifentanil, diversos estudos têm descrito a performance de erro do modelo descrito por Minto Ela tem variado entre 18% e 37%. As concentrações-alvo recomendadas variam entre 3 e 9 ng.ml -1 e de acordo com a intensidade do estímulo proposto. CONCLUSÕES Desde a síntese dos primeiros medicamentos para uso em anestesia venosa, quando os conhecimentos eram escassos e o anestesiologista era um expectador, passou-se por diversas etapas. A síntese do propofol foi, sem dúvida, um marco para o início do desenvolvimento da AVT que descreve, nos dias atuais, conceitos tão importantes como: local efetor, compartimentalização dos componentes da anestesia, concentração no local efetor e meia-vida contexto-dependente, todos bem estabelecidos e arraigados ao dia-a-dia do anestesiologista. Até o aparecimento da IAC, as bombas de infusão eram manuais e necessitavam de cálculos e cuidados adicionais durante todo o ato anestésico. Após o surgimento de AVT com IAC, vários problemas foram solucionados, mas outros apareceram ou ainda persistem. Muito embora as margens de erro dos modelos farmacocinéticos, incorporados nas bombas de IAC, sejam aceitos no mundo todo, eles ainda são relativamente elevados. A não-possibilidade de medir diretamente a concentração dos fármacos no local efetor representa outro problema a ser vencido, bem como a variabilidade farmacológica apresentada pelos medicamentos. A chegada das novas bombas de infusão dotadas dos modelos farmacocinéticos do remifentanil, sufentanil e propofol inaugura outro capítulo da AVT e alinha o Brasil com a tendência mundial em IAC. Esses sistemas possibilitam a IAC de hipnóticos e opióides concomitantemente. Hoje, equipamentos estão disponíveis para a utilização de propofol e opióides, em IAC, que aceitam qualquer apresentação farmacêutica com a vantagem da possibilidade de alteração da concentração do fármaco na seringa, de acordo com a diluição desejada. Total Intravenous Anesthesia as a Target-Controlled Infusion. An Evolutive Analysis Fernando Squeff Nora, TSA, M.D. INTRODUCTION The concept of injecting drugs in the blood stream dates back to the mid XVII Century with Christopher Wren and Daniel Johann Major 1. Wren dissolved opium in water and injected the solution in a dog. There are additional reports on similar experiments in which the dogs ran and urinated for several hours and at times died. In 1845 and 1853, the needle was invented by Francis Rynd and the syringe by Charles Gabriel Pravz 2, respectively. Those essential tools opened the way for Pierre-Cyprien Oré who, in 1875, described 36 cases involving the intravenous use of chloral hydrate 3. This was the first report of intravenous anesthesia. Since the synthesis of the first intravenous anesthetics, with the introduction of barbiturates in 1921 and thiopental in 1934, intravenous anesthesia has gone through several steps. At that time, pharmacological options and the knowledge of administration routes and systems, bioavailability, beginning and end of action, metabolism and excretion of intravenous drugs were scarce. Several drugs for intravenous administration have been synthesized since then and neuromuscular blockers and opioids (morphine was synthesized in 1803 by Serturner) 4 besides hypnotic agents like propofol (1970 Glen), ethomidate (1974 Doenicke) and midazolam (1976 Fryer and Walser 4 ) are among them. Propofol was used clinically in Europe for the first time in 1983 by Nigel Kay, in Oxford 5-7. The description of the pharmacological profile of intravenous drugs, whose studies started in 1950 with Brodie et al. in New York and with Kety in Philadelphia, formed the basis for the use of each one of those drugs 8. Revista Brasileira de Anestesiologia 185

8 NORA In 1960, Price et al. described the physiological model of the distribution of thiopental 9. This led to the first reports on the advantages of continuous intravenous administration of drugs when compared to bolus or intermittent bolus administration. The possibility to avoid fluctuations in plasma level of drugs is among those advantages 9. In 1968, Bischoff and Dedrick elaborated a pharmacokinetic model, which included the concept that the influence of hepatic metabolism, flow between tissues and protein binding could cause important changes in the clinical result 10. The concept of non-compartmental model of Yamaoka et al. arose in In parallel to those new concepts, but especially after 1980 with the synthesis of propofol, studies aiming at the continuous administration of intravenous agents in anesthesia were initiated. The concept of compartmental effect, which stated that a drug acted on its biophase or in a specific location and not in the plasma where it was deposited, was described by Hull et al. in The first manuals on continuous infusion were developed as a consequence of those discoveries. One problem was still left to be solved, since the delineation of a proper infusion regimen depended on the knowledge of the resulting plasma concentration after administration of the drug. The observation that the onset of action of a drug administered in a peripheral vein presented a lag period generated the first obstacle to the continuous administration of intravenous drugs and led to the description of two concepts: distribution volume and steady state 12. The solution proposed by Boyes et al. in 1970 was to administer an attack dose 13. Frequently, this initial dose resulted in extremely elevated plasma levels. In 1974, Wagner suggested a double infusion regimen 14,15. It postulated the use of an initial dose and after a while the maintenance dose should be decreased. In 1969, Kruger-Thiemer had already proposed an infusion technique that used a bolus dose followed by a continuous infusion that varied gradually with time 16. This model was modified by several authors, until it was named BET 17-19, where B represented the bolus dose, E the amount of drug eliminated and T the amount of the drug transferred to other tissues. This scheme was even incorporated into some computer-assisted infusion pumps but, most of the time, it needed manual calculations done by the anesthesiologist. A clinical assay by Ausems et al. in 1980 demonstrated for the first time that the need of alfentanil could vary among patients depending on the intensity and type of nociceptive stimulus 20,21. The authors based their study on inhalational anesthesia, whose potency was determined by multiples of the MAC according to the stimulus to be blocked. This was a landmark for several other studies that tried to demonstrate that the need of drugs during surgeries could vary according to the intensity of the stimulus. White, Doze, Sear et al., among others, reported several studies demonstrating that the administration of anesthetics, intravenous or inhalational, in varying rates would be more advantageous than fixing only one rate of administration during the surgery The first TIVA with propofol, in Brazil, date back to 1989, using infusion devices that need several calculations. The first results were conflicting and not reliable. Measuring or inferring the final concentration of an intravenous drug in the plasma or in its site of action was a dream in Brazil and in the rest of the world, although, from 1981 on, it was already known that the action of the drug was at the effector site and not in the plasma, where the drug was deposited. The first pharmacokinetic model for target-controlled infusion was described by Schwilden, in It was demonstrated that it was possible to maintain the desired plasma concentration of a drug using an infusion pump managed by a computer 27. For such, the pharmacokinetic model of a drug already described and published was used. This led to the creation of the concept that generated the current definition of the expression Target-Controlled Infusion (TCI). It was after the implementation of the TIVA, with the help of devices that allowed TCI that, in 1991, Shafer and Varvel 28 explained for the first time that the rate of decline of alfentanil, sufentanil and fentanyl at the effector site depended on the duration of the infusion. Through analysis of the recovery curves of those drugs they determined that there was a dependency on the decline of the concentrations and that this reduction was related with the length of time those drugs were administered for, besides the specific pharmacological characteristics of each one 28. Thus, Hugues et al. described the term context-sensitive half-life to differentiate the end of action of a drug used in continuous infusion from that used in bolus 29. The objective of this report was to describe the theoretical basis of TCI, describe a proposal for the development of a common TCI vocabulary, which has not been done in Brazil and to make a critical analysis of the current aspects of TCI in the world and in Brazil. CONCEPTS USED MORE OFTEN IN TCI As TCI became more popular, several concepts were introduced. Thus, the ones used more often in TIVA with TCI will be described below. According to the tricompartmental theory, the human body can be divided, for didactic purposes, in three separate compartments in which drugs are administered. Most authors have described the dispersion of a drug in the body based on this model. Concentration is one of the most important concepts in TIVA. Concentration can be defined by the formula: Concentration = Dose or Mass / Volume. To better understand the definition of concentration, just imagine a glass of water to which a solute, such as salt, is added. When salt is diluted in half a glass of water, the number of salt particles for each milliliter of water will be greater than 186 Revista Brasileira de Anestesiologia

9 TOTAL INTRAVENOUS ANESTHESIA AS A TARGET-CONTROLLED INFUSION. AN EVOLUTIVE ANALYSIS the same amount of salt in a glass full of water. The amount of salt is called dose or mass. The number of particles per milliliter of water in the glass determines the concentration. The glass of water is analogue to the volume of the compartment, i.e., the volume that dilutes the drug administered. Since the drug is carried by the blood to each body compartment, the entry and exit flow of a drug for each compartment determines the concentration. Therefore, the places with greater cardiac output receive the drug faster. Brain, kidneys, liver, spleen, heart, lungs and endocrine glands are the first places to receive the drugs, and are known as compartment 1 or central compartment. From those places, drugs are distributed to the muscles, called compartment 2 and from those to the adipose tissue, called compartment 3. As the drug goes from one compartment to another, driven by differences in concentration, one can determine the transit constants between compartments. When a certain dose, in mg.kg -1 or µg.kg -1, of a drug is administered in a peripheral vein the effect obtained is greater or smaller according to the volume diluting this mass of drug. A desired or undesired effect depends more on the final concentration of free drug than the dose administered initially. When a drug is administered, a concentration is created during a determined period of time, generating an effect. When the effect is closely linked with the concentration, one can calculate the infusion regimen necessary to obtain a desired clinical effect and program it beforehand. For example, a plasma concentration of alfentanil of 475 ng.ml -1 blocks the response to tracheal intubation in 50% of the cases (Cp50) 30. This concentration can be achieved using a continuous infusion regimen calculated beforehand. Thus, the plasma concentration of alfentanil necessary to suppress the nociceptive response has been described for different types of surgeries. For breast, and low and upper abdominal surgeries, and return of spontaneous ventilation, the Cp50 of alfentanil described are 270, 309, 413, and 233 ng. ml -1 30, respectively. The same is true for propofol and other opioids and the effects of the different concentrations are calculated and expected 31, The technical limitation depends on the intensity of the stimulus generated by the manipulation of each surgeon, pharmacological distortion to maintain the expected concentration closed to the real measurement, changes in the volume of the central compartment, infusion pump error on delivering the drug and disconnection or loss of venous access. BIOPHASE OR SITE OF ACTION It is the site where the drugs exert their action, may they be desired or not. Those places usually include receptors with biological barriers determined by protein membranes. For this reason, most intravenous anesthetics are lipoproteins in order to cross those barriers faster to exert their actions. Therefore, there is a delay or latency between the initial administration of a drug and the initial effects. This occurs because the drug has to leave the plasma, where it is introduced through a peripheral vein, until it reaches the receptor molecule. This time will be greater with a decreased rate of passage of the drug from the plasma to the receptor. Therefore the term: Ke0. Of all the speed rate variables between tow compartments, Ke0 is the most important, since it determines the rate that a drug leaves the central compartment, where it was administered and enters the compartment in which it exerts its effect. The greater the Ke0, the higher the rate of entry of a drug in the action compartment. Consequently, the time needed for this to happen will be shorter. Thus, drugs with short T1/2 Ke0 have high Ke0 and fast onset of action. Manipulating the value of Ke0 attributed to the pharmacokinetic model of a drug, it is possible to change the time of its onset of action. For example, when a TCI pump with a high Ke0 on the description of its model is used, the onset of action of the drug will be faster because this variable is used in the calculation of the bolus dose that the pump will administer. Consequently, this system will achieve faster induction, but it will use a higher dose of the drug. The probability of hypotension, when using this system with propofol, for example, will be higher. If the software that manages the model has a lower Ke0, the calculated bolus dose will be smaller and the induction slower, decreasing the intensity and probability of side effects, such as hypotension 32. Most pharmacokinetic models of intravenous drugs describe a Ke0 within the limit of reasonability, i.e., something that offers rapid induction associated with the lowest incidence possible of side effects resulting from the calculated induction dose. HYSTERESIS Hysteresis is the time it takes a drug to achieve a balance between the plasma concentration and the effector site or biophase. By definition, the balance between the plasma compartment and the effector site, for intravenous drugs, corresponds to 4.32 half-lives of the drug. Thus, the product T1/2Ke corresponds to the equilibrium time between the plasma compartment and effector site. The hysteresis time of propofol, which is 2.4 minutes, can be calculated according to the T1/2Ke0 (equilibrium half-life). It means that the concentrations of propofol in the plasma and effector site will be in equilibrium, using a continuous infusion regimen, after approximately 12 minutes. An infusion pump with a propofol TCI management mechanism adjusted to maintain a plasma level of 4 µg.ml -1 will achieve this same concentration at the effector site approximately 12 minutes after the beginning of the infusion. This time will be shorter for drugs with lower T1/2Ke0. For example, alfentanil and remifentanil have a T1/2Ke0 of only 1 minute. They are examples of opioids suitable for fast induction. A way of decreasing the equilibrium time between the plasma and the effector Revista Brasileira de Anestesiologia 187